Борис Воронков
Российскую подводную лодку проекта 877 называют «черной дырой» за трудность обнаружения ее гидроакустическими средствами. Фото Reuters
Статья Виктора Курышева «В подводной обстановке мрак и тишина», опубликованная в «Независимом военном обозрении» № 16 от 17.05.13, вызвала много откликов как в поддержку, так и против предлагаемого автором пути решения актуальной проблемы гидроакустики.
В ответ на эту публикацию в своей статье «Ни мрака, ни тишины» («НВО» № 26 от 25.07.13) руководитель рабочей группы по программе «Гидроакустика-2020» академик РАН Владимир Пешехонов гарантирует, что «проблема хорошо изучена» и выполняемый «комплекс работ приведет к созданию нового поколения средств гидроакустики и выводу ее на качественно новый уровень». Нас информируют о том, что «масштабы проблемы» потребовали «объединения усилий всех предприятий, занимающихся исследованиями и разработками в области гидроакустики». В результате этих усилий разработана концепция развития гидроакустики, целевая программа «Гидроакустика-2020», обеспечено финансирование в объеме 48 млн руб. и организована рабочая группа из 30 специалистов.
ОПОЗДАНИЕ НА ДЕСЯТИЛЕТИЯ
Проблема лицензированными специалистами решается, правда с опозданием на 30 лет. Виктор Курышев занимался решением этой задачи. Правда, для этого он использовал сигналы штатной гидроакустической станции (ГАС). Минуло 30 лет, произошла смена эффективного собственника проблемного вопроса. Виктор Курышев с его опытом решений технических вопросов к работе не привлекается, поскольку он не гидроакустик и дискуссий вести не умеет. Теперь все возвращается к исходным позициям, правда задел уже есть.
Традиция отечественной гидроакустики – опаздывать и догонять, заимствовать чужие решения, проводить широкие кампании по их освоению. Проку от такой стратегии мало. Трудно представить, что такие концерны, как «Океанприбор», «Гидроприбор», «Атолл», «Электроприбор», в состоянии оперативно реагировать на проблемы в гидроакустике. Проявлять инициативу недопустимо, иметь собственную точку зрения нельзя. По этой причине и происходит «вымывание мозгов». Инициативные энергичные специалисты уходят в малый бизнес. Это по плечу малому бизнесу – оперативно решать вопросы, своевременно признавать и исправлять ошибки, корректировать технические решения. От использования потенциала малого бизнеса «гидроакустическая промышленность» категорически отказывается. Последствия такой практики печальны. Отставание в развитии средств пассивной гидроакустики более чем на 20 лет. Очевидно, этот разрыв будет только увеличиваться.
Однако вернемся к задаче изобретения – уменьшения структурных помех со стороны носителя. А как быть с приемом сигналов стационарными ГАС и гидроакустическими буями? Для них тоже существует проблема приема сигналов.
Авторам известно построение из двух гидроакустических датчиков дипольного приемника, что позволяет обеспечить прием сигнала только с определенных направлений. Такую антенную систему намереваются использовать для уменьшения структурных помех со стороны носителя.
Мнение члена научного совета по комплексной проблеме «Гидрофизика» РАН, капитана 1 ранга в отставке Михаила Волженского: «Работы по векторно-фазовому приему в России проводились и проводятся в течение последних 40 лет. Видимо, проблема в том, что результаты исследований неустойчивы или малоприменимы для практического использования». Действительно, «уровень помех, регистрируемый ПГД (приемник градиента давления) значительно превосходит аналогичный уровень для ПД (приемник давления). На частоте 10 Гц это различие достигает 50 дБ» (из книги В.А. Гордиенко «Векторно-фазовые методы в акустике»). Вот на таких датчиках авторы заявки намереваются решить проблемы гидроакустики
НЕСОСТОЯТЕЛЬНОСТЬ
АРГУМЕНТОВ
Компенсация помехи возможна при высокой идентичности гидроакустических датчиков. Чем выше идентичность, тем выше степень компенсации. Авторы заявки, по-видимому, не придают значения тому обстоятельству, что обеспечение идентичности пьезокерамических датчиков является нерешаемой проблемой.
Преобразование гидроакустических сигналов при использовании пьезокерамических датчиков характеризуется ограничениями в части:
1) зависимости от изменения статического давления и температуры;
2) снижения эффективности преобразования в низкочастотной области спектра воздействий;
3) низкой идентичности чувствительных элементов (на уровне 10%).
Пояснения к пункту 1. Известный американский специалист по гидроакустике Р. Дж. Боббер в книге «Гидроакустические измерения» дает заключение: «Стабильность их параметров во времени при изменении статического давления и температуры во многих случаях была значительно хуже, чем следовало иметь для образцовых измерительных преобразователей». И далее: «Таким образом, несмотря на значительный прогресс, достигнутый в период Второй мировой войны, состояние дел в этой области в 1945 году было еще неудовлетворительным». Этот вывод был сделан по отношению к образцовым преобразователям. Следовательно, рабочие преобразователи имеют заведомо худшие изменения параметров в результате изменений статического давления и температуры. Таким образом, обязательная сертификация рабочих преобразователей теряет практический смысл. Основные параметры преобразователей все равно будут уходить в результате влияния указанных рабочих факторов. Условия проведения гидроакустических измерений всегда не постоянны, следовательно, неизбежны флуктуации измеряемых параметров.
Пояснения к пункту 2. Каждый специалист гидроакустик знает о снижении эффективности преобразователей со снижением частоты воздействий – 6 дБ на октаву. Известно, что преобразователи хорошо работают в области звуковых частот. При снижении частоты воздействий с 2 кГц до 2 Гц эффективность преобразования снижается на 60 дБ. Следовательно, со снижением частоты воздействий мы имеем существенные искажения и потери важной части информации. Досужего читателя обращаем к книге «Гидроакустические измерения», где представлена типичная частотная характеристика пьезогидрофона, имеющего «полку» в области средних звуковых частот и снижение в области инфразвука.
Однако спектрально-энергетические характеристики шумовых полей имеют возрастающую характеристику со снижением частоты. Это возрастание на частоте 1 Гц в среднем на 60 дБ выше по сравнению с высокими звуковыми частотами. Таким образом, пьезокерамические датчики имеют типичную, далеко не адекватную характеристику преобразования.
Неоднократные попытки повысить эффективность пьезопреобразования в области низких звуковых частот проку не дали, поскольку вместе с информативными воздействиями полезный сигнал оказывается промодулирован мощными инфразвуковыми частотами, которые находятся за пределами принятых для рассмотрения частот. В этом случае возникает вопрос выделения полезного сигнала на фоне интенсивных шумов. Это отдельная, нерешаемая задача при использовании известного способа преобразования гидроакустических сигналов.
Пояснения к пункту 3. Для выделения полезного сигнала на фоне шумов необходимо обеспечить разностное преобразование сигналов. Качество разностного преобразования определяется идентичностью используемых первичных элементов преобразования. Вот цитата из Р. Дж. Боббера по отношению к дипольным преобразователям: «Электрический сигнал на выходе пропорционален разности фаз между звуковым давлением на двух зондах. Такая конструкция требует идентичности электроакустических характеристик зондовых гидрофонов, что на практике трудно осуществить».
Аналогичный вывод делает спустя 30 лет Валерий Гордиенко по отношению к двум разнесенным в пространстве приемникам давления. «Требуется идентичность каналов по амплитуде не меньше 0,1 дБ». «Поскольку изготовить одноэлементный ПГД легче, чем обеспечить указанную идентичность трактов, конструкции ПГД на базе двух разнесенных гидрофонов не нашли широкого применения в гидроакустике». Таким образом, при использовании разностного преобразования возрастают требования к идентичности элементов. Такие возможности на сегодняшний день отсутствуют.
Таким образом, на базе известных пьезокерамических преобразователей «создание нового поколения средств гидроакустики и вывод ее на качественно новый уровень» является нереальной задачей.
Валерий Гордиенко делает основной вывод: «На настоящий момент методы, основанные на использовании информации, регистрируемой приемниками давления, достигли предельных возможностей». Качественное первичное преобразование гидроакустической информации более 70 лет остается проблемным. Для решения этой проблемы необходим поиск иных эффективных способов первичного преобразования гидроакустической информации. Готов ли академик Владимир Пешехонов к решению этой насущной проблемы? Возможно ли развитие средств гидроакустики опережающими темпами?
РЕШЕНИЕ НЕ НАЙДЕНО
Вся история пассивной военной гидроакустики определяется возможностью дальнего обнаружения судов вероятного противника. Принятый для рассмотрения спектр гидроакустической информации находится в диапазоне частот 10–10 000 Гц. Наиболее информативной является низкочастотная область спектра воздействий. Низкочастотные воздействия распространяются на большие расстояния без существенных затуханий. Амплитуды этих воздействий могут существенно превосходить амплитуды сигналов в средней части спектра частот. Обилие инфразвуковых источников, в том числе на частотах ниже 10 Гц, порождает необходимость селекции полезного сигнала на фоне шумов.
Воздействия в средней части звукового диапазона характеризуются невысоким амплитудами и высоким затуханием. По мнению Михаила Волженского, эти сигналы распространяются на единицы километров. Известные пьезокерамические преобразователи обеспечивают прием сигналов в средней части звукового диапазона. Так что приходится иметь дело с «хвостами» от реальной гидроакустической информации.
Принимаемые меры по обесшумливанию подводных лодок действенны именно в средней части спектра частот. Полезный спектр сигнала практически смещен в низкочастотную область. Это и дает эффект «гладкого спектра». Таким образом, индивидуальные признаки объектов смещены в инфразвук. А в нем мы работать не можем. Нет эффективных первичных преобразователей. Именно этот вопрос сегодня является проблемным. И не только для России, но, очевидно, и для гидроакустиков других стран. Столь известная система SOSUS снята с дежурства, вероятно, по очевидной причине низкой разрешающей способности в низкочастотной области спектра. Это результат мер по обесшумливанию наших подлодок. Можно полагать, что гидроакустики вероятного противника активно занимаются поисковыми разработками в области приема инфразвуковых сигналов. Есть ли у нас адекватные решения этого вопроса?
РАЗОБРАТЬСЯ И ДОЛОЖИТЬ.
А В ОТВЕТ – ТИШИНА
Я инженер, около 30 лет занимаюсь независимой разработкой метода разностного преобразования информации. Метод имеет существенные преимущества по отношению к известному способу преобразования. В процессе разработок удалось найти решения двух проблемных задач. Одна из этих задач – обеспечение качественного преобразования акустической информации. В процессе разработок определено техническое решение датчика, эффективность преобразования которого на низких частотах более чем на 40 дБ выше по отношению к известным гидрофонам.
Есть правило: разобраться и доложить. В проблемах и возможности их практической реализации я разобрался. Доложить некому. С разработкой ознакомлено более 30 организаций, специализирующихся в области акустических преобразований сигналов. Специалисты и руководство этих организаций демонстрируют полное отсутствие интереса к разработке. Военные заказчики отвечают, что они не вправе руководить действиями промышленности. Попытки представить материалы разработок руководству страны остаются без ответа. Письма до адресата не доходят. Администрация обычно переадресует эти письма в другие ведомства. Ответ РАН: Академия наук рассмотрением вопросов и выдачей заключений не занимается и рекомендует публиковать материалы разработок в открытой прессе. Ответ из Министерства образования и науки РФ предписывает участвовать в открытых конкурсах и излагать свои и исследования в публикациях. Ответ из Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений – головной организации по обеспечению метрологии: «Нет потребности».
Санкт-Петербург
Дарья Гармоненко